Natuur, balans en harmonie

Lode Stevens

Ons Melkwegstelsel is slechts één van de miljarden sterrenstelsels in het gekende heelal. Naar vorm laten de stelsels zich in enkele groepen indelen:

 

1. de spiraalstelsels (type S), die verder nog ingedeeld worden in Sa, stelsels met een uitgebreide kern en nauwsluitende spiraalarmen, Sb met minder opvallende kern en duidelijke spiraalarmen, Sc met een onbeduidend kerngedeelte en verreikende spiraalarmen en Sd waarin het belang van het kerngedeelte nog kleiner is geworden, enz. Een speciale groep vormen de lensvormige stelsels S0. Men zou ze kunnen vergelijken met het centrale gedeelte van een spiraalstelsel, zonder de spiraalarmen. Een verwante variëteit vormen de balkspiralen (type SB) waarvan het centraal gedeelte balkvormig is. Ook hier is er een onderverdeling in Sba, SBb, SBc, SBd, enz. Alle spiraalstelsels blijken eenzelfde verhouding te bezitten tussen de grootte van de schijf en de grootte van de kern.

 

2. de elliptische stelsels (type E) die men best kan vergelijken met de centrale verdikking van een spiraalstelsel. Ze worden, afhankelijk van de asverhouding van hun ellipsvorm, onderverdeeld in types E0, E1, E2, E3, E4, E5 enz. Ze bestaan uit populatie II-objecten, gas en stof zijn afwezig. In enkele elliptische stelsels zijn bolvormige sterrenhopen gevonden, bestaande uit jonge sterren met een hoog metaalgehalte;

 

3. de onregelmatige stelsels (type Irr) die bestaan uit populatie I-objecten en waarin geen of nauwelijks een kern is te onderscheiden. Men deelt ze verder onder in Sd of SBd, Sm of SBm (m staat voor Magellaans type) en de echte Irr ;

 

4. de dwergstelsels (type d)zijn lichtzwakke systemen die een factor 100 groter zijn dan de bolvormige sterrenhopen. We onderscheiden elliptische (dE) en sferoïdale (dSph) stelsels;

 

5. de stelsels met een lage oppervlaktehelderheid die zeer difuus en moeilijk te detecteren zijn ten opzichte van de achtergrond. Men schat dat nagenoeg de helft van alle sterrenstelsels tot dit type behoort.

We merken op dat de hier afgebeelde zogenaamde Hubblesequentie van sterrenstelsels geen evolutieschema van deze stelsels weergeeft.

Uit waarnemingen met de Hubbletelescoop en met grote telescopen op Aarde blijkt overduidelijk dat vermoedelijk alle sterrenstelsels een zwart gat in hun centrum hebben. Dit kan men afleiden uit de zeer grote rotatiesnelheid van objecten in de nabijheid van het centrum van het sterrenstelsel. De grootte van het zwart gat is afhankelijk van de grootte van de centrale verdikking van het stelsel. Soms is dit zwart gat zeer actief – bijvoorbeeld in een quasar – en soms verkeert het in een soort rusttoestand.

 

Clusters

 

Sterrenstelsels komen in groepen voor, verbonden door hun onderlinge aantrekkingskrachten. Zo maakt ons Melkwegstelsel samen met M31, met M33 en hun verschillende satellietstelsels, deel uit van wat men de Lokale Groep noemt. Deze bestaat uit meer dan veertig sterrenstelsels. De overgrote meerderheid zijn kleine systemen.

 

De Lokale Groep is een onderdeel van de grote Virgocluster, een verzameling van duizenden sterrenstelsels. In het heelal komen zeer veel clusters voor. Op nog grotere schaal zijn er de superclusters. In deze figuur staat de Lokale Groep in het centrum. De diameter van de in beeld gebrachte ruimte is een miljard lichtjaar. Zo maken de Lokale Groep en de Virgocluster deel uit van de Lokale Supercluster. En de grootste entiteiten zijn filamenten van sterrenstelsels, honderden miljoenen lichtjaren lang met daartussen enorme haast lege ruimten, met diameters reikend tot 200 miljoen lichtjaar. Men zou dit kunnen vergelijken met schuim of met een verzameling aan elkaar klevende zeepbellen of met Zwitserse kaas.

Ook in clusters moet er donkere materie aanwezig zijn. De individuele leden van een cluster bewegen té snel, opdat de gravitatie van de lichtgevende massa hen binnen de cluster zou kunnen houden. In deze optiek zouden de clusters reeds lang moeten zijn ‘verdampt’. Ze blijken aardig stabiel te zijn, dus moet er meer massa inzitten dan we kunnen waarnemen. Zou het kunnen dat er complete stelsels bestaan die enkel uit donkere materie zijn opgebouwd?

Bovendien heeft onderzoek van 3000 kleine satellietstelsels van grotere systemen onafhankelijk het bestaan van donkere materie aangetoond. Algemeen moet de omwentelingssnelheid van een systeem kleiner worden naarmate het verder van het massacentrum afstaat. Nu blijkt dat die afname heel wat geringer is dan voorgeschreven door de derde wet van Kepler, op basis van de zichtbare materie. Er moet dus rond sterrenstelsels meer zitten dan enkel zichtbare materie.

 

 

Actieve sterrenstelsels

 

Bij de opkomst van de radioastronomie na de tweede wereldoorlog bleek al vlug dat zeer veel stelsels bijzonder actief zijn.

Er zijn de zogenaamde Seyfertstelsels, spiraalstelsels met sterachtige kern en brede emissielijnen in het spectrum, wat op heftige bewegingen duidt.

Dan zijn er de quasars, zeer veraf gelegen stelsels (met enorme roodverschuiving) die geweldige hoeveelheden energie uitzenden en dit vanuit een zeer klein volume. De eerst ontdekte quasar 3C 273 ligt op een afstand van 2 miljard lichtjaar en heeft toch een schijnbare magnitude 13. Dit komt overeen met honderden maal de helderheid van het gehele Melkwegstelsel.

 

Veel stelsels zijn in het radiogolflengtegebied drievoudig. Aan weerszijden van het systeem liggen twee radiolobben en komen jets uit het centrale deel van het sterrenstelsel geschoten. Die jets (hier voor M87) kunnen honderduizenden lichtjaren lang zijn (in Her A zijn ze elk 450 000 lichtjaar lang). Van een aantal stelsels zijn er ook jets zichtbaar in wit licht. De straling die de jets uitzendt is synchrotronstraling die ontstaat wanneer supersnelle elektronen spiraliseren rond de magnetische veldlijnen. Deze straling is gepolariseerd.

 

Deze verschillende soorten actieve stelsels, en er zijn er nog meer, zouden wel eens één en hetzelfde object kunnen zijn, gezien vanuit een verschillende hoek. In het centrum van het stelsel ligt een zeer zwaar zwart gat. Hierrond ligt een grote zogenaamde accretieschijf van gas en stof. Van hieruit valt materie naar het zwart gat. Rond de accretieschijf ligt dan nog een torus van stof. Afhankelijk van uit welk standpunt de waarnemer dit object bekijkt, heeft men te maken met een radiostelsel, een quasar of zelfs een optisch zeer variabel stelsel (een zogenaamde blazer).

 

Interactie tussen sterrenstelsels

 

Sterren in een sterrenstelsel liggen ver uit elkaar. Nemen we als voorbeeld de afstand Zon-a Centauri namelijk 4,3 lichtjaar of 4,0.1013 km, dit is 29 miljoen maal de diameter van de Zon (in een bolvormige sterrenhoop is de dichtheid veel groter). Het grote Andromedastelsel (M31) staat op 2,3 miljoen lichtjaar. De diameter van ons Melkwegstelsel is 100 000 lichtjaar. De afstand tot M31 is dus slechts 23 maal de diameter van het Melkwegstelsel.

Botsingen en zeker interacties tussen sterrenstelsels zijn helemaal niet zeldzaam. Voor de sterren heeft dit geen gevolg; zij zullen onderling niet botsen. Maar het interstellaire gas wordt samengedrukt, je krijgt een uitbarsting van stervorming en het uitzicht van de samengesmolten sterrenstelsels is totaal veranderd. Bovendien worden soms slierten gas en stof uit de stelsels gerukt de intergalactische ruimte in.

En botsingen moeten er vroeger veel meer gebeurd zijn. Toen was het heelal immers veel kleiner (zie verder). Zeer ver verwijderde systemen laten allerhande interacties zien en opmerkelijk is dat er toen haast geen elliptische stelsels voorkwamen. Deze zijn vermoedelijk ontstaan bij het samengaan van verschillende andere (spiraal?)stelsels. Dit alles noemt men galactisch kannibalisme. Computersimulaties kunnen de bizarre vormen, die ontstaan bij interacties, goed verklaren. Het reuzenelliptisch stelsel Cen A heeft een spiraalstelsel opgeslokt. Door dit kannibalisme komen in grote clusters meerdere grote elliptische stelsels voor, vaak in het centrum van de cluster. Kleine groepen van sterrenstelsels, zoals de Lokale Groep, bestaan uit spiraalstelsels, dwerg- en onregelmatige stelsels.

Ook ons Melkwegstelsel is een kannibaal en heeft reeds enkele dwergstelsels verslonden. Het Sagittarius dwergstelsel valt naar ons Melkwegstelsel en maakt er in feite reeds deel vanuit (met onder andere de bolvormige sterrenhoop M54). De Magelhaense Wolken staan in de verre toekomst op het menu. En in de zeer verre toekomst zal een versmelting van het Melkwegstelsel met M31 onvermijdelijk zijn.

Een vraag blijft of de zwarte gaten van beide systemen ook versmelten dan of ze in banen rond elkaar blijven draaien. Mogelijk ontstaan zo de jets in actieve stelsels.

 

Gravitatielenzen

 

In 1936 publiceerde Einstein een kort artikel waarin hij de lenswerking door een massa beschreef. Veel aandacht kreeg deze publicatie niet.

In 1979 ontdekte men twee quasars, vlak bij elkaar met identiek dezelfde roodverschuiving. Later werd tussen die twee quasars een elliptisch stelsel ontdekt dat zich veel dichter bij ons bevindt. Dat sterrenstelsel dient als lens om twee beelden van de quasar te vormen die in feite achter het sterrenstelsel ligt.

Gravitatielenzen worden bij de vleet gevonden. En als het object en de lens, van de Aarde uit gezien, exact op één lijn liggen ontstaat een ring, een zogenaamde Einsteinring.

 

In clusters worden soms boogvormige structuren aangetroffen. Het zijn beelden van veraf gelegen achtergrondstelsels die door lensvorming van de clusters worden vervormd en versterkt. Met gravitatielenzen kan men de massaverdeling in het heelal op een andere wijze bestuderen. Ook kan die studie bijdragen tot een betere kennis van de Hubbleparameter .

 

 

Sterrenstelsels deel 2